專利名稱：夾芯復(fù)合材料的開口補強裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉 及一種夾芯復(fù)合材料的開口補強裝置。
背景技術(shù)：
夾芯復(fù)合材料具有特別好的剛度或強度密度比，尤其在飛機制造領(lǐng)域有廣泛的 應(yīng)用。夾芯復(fù)合材料通常包括上、下表層或覆蓋層，在此之間是一種用來提高剛度的 芯體結(jié)構(gòu)，例如具有六角形橫斷面的垂直走向孔單元構(gòu)成的蜂窩狀芯體結(jié)構(gòu)。市面上能買到的蜂窩結(jié)構(gòu)替代材料是硬質(zhì)泡沫材料。主要在隔熱與隔音方面， 以及在夾芯復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝技術(shù)方面，硬質(zhì)泡沫材料優(yōu)于蜂窩結(jié)構(gòu)。與密度相同的 蜂窩結(jié)構(gòu)相比，泡沫結(jié)構(gòu)的缺點是機械強度值比較小。為了補償比較差的機械強度值， 在專業(yè)文獻中主要介紹了不同的縫制方法，這些方法部分也描述了市面上可以買到的產(chǎn) 品。縫制技術(shù)可以從不同的角度、在構(gòu)件范圍內(nèi)以不同的密度縫入纖維和紗線，可以用 技術(shù)上能夠?qū)崿F(xiàn)的縫制速度連續(xù)縫制構(gòu)件，經(jīng)過樹脂浸漬處理后的刺穿區(qū)域能夠顯著增 強泡沫材料的機械強度。其優(yōu)點是處理速度高，并且能夠針對應(yīng)用情況調(diào)整夾芯結(jié)構(gòu)的 機械特性。這些結(jié)構(gòu)已經(jīng)應(yīng)用于卡車與船舶制造領(lǐng)域的夾芯復(fù)合結(jié)構(gòu)。所用縫制方法的共性是用針刺穿泡沫材料，同時縫入紗線或纖維。各種方法 的區(qū)別在于紗線的固定。若采用簇絨法，則在底面上形成例如可將其固定于硅橡膠之中 的環(huán)。也可以按照其它具有底線的方法進行操作，或者像暗縫一樣使用單面鏈縫線跡。這些方法的最大缺點在于退針后留下的孔眼與所縫入的纖維量相比有時太大 (即針直徑始終決定孔眼大小)。經(jīng)過浸漬之后，空腔充滿了樹脂。因此改善機械特性 主要就在于浸入的樹脂。所形成的夾芯結(jié)構(gòu)具有明顯較大的重量。對于飛機制造領(lǐng)域而言，重量的增加與機械性能的改善相比太大，因此不宜使 用具有這類夾芯結(jié)構(gòu)的夾芯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。DE 10 2005 024 408 Al公開了一種使用纖維或束纖維增強泡沫材料的方法，可 將其用來生產(chǎn)復(fù)合材料，所加入的纖維基本上能改善泡沫材料的機械性能。不僅描述了 增強泡沫材料的方法，也描述了一種增強夾芯復(fù)合材料。所述方法可以給泡沫材料加入 束纖維，利用針將束纖維植入到泡沫材料之中。首先從某一側(cè)用針在泡沫材料中刺穿一 個通孔，然后用針鉤住另一側(cè)的束纖維，并且將其穿入到泡沫材料之中。DE 10 2004 017 311 Al公開了一種利用圓形編結(jié)技術(shù)生產(chǎn)纖維復(fù)合材料半成品 的方法，使用編結(jié)線編織芯體。對于用于飛機中的構(gòu)件來說，必須在夾芯復(fù)合材料的許多區(qū)域挖出若干孔洞。 然后必須重新封閉所產(chǎn)生的切邊，并且必須保證夾芯復(fù)合材料的邊緣處不會出現(xiàn)不穩(wěn) 定。所有夾芯復(fù)合材料均必須如此，無一例外。若為負荷很高的開口部位，例如窗洞， 這就有可能引起問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于提供一種在構(gòu)件生產(chǎn)過程中就能設(shè)置開洞的方法，從而 產(chǎn)生非常穩(wěn)定的開口而且構(gòu)件重量極小。按照 本發(fā)明，該目的分別通過獨立權(quán)利要求所述的特征實現(xiàn)。關(guān)于本發(fā)明的有 益實施方式和改進實施方式在從屬權(quán)利要求中限定。按照本發(fā)明所述利用圓形編結(jié)技術(shù)制造夾芯復(fù)合材料的開口補強裝置的方法， 使用纖維條子編繞一個環(huán)形的編織芯體，在進行編繞之前或之后，在編織芯體中形成若 干通孔，用針將一股或多股束纖維穿入編織芯體的通孔之中。最好在穿入束纖維時至少暫時將其鉤入到針之中。將束纖維鉤入針之中的好處 在于，不需要穿線將針與束纖維結(jié)合。這樣就能比較快、比較簡單地將束纖維固定在針 上。此外采用鉤線方式比較容易實現(xiàn)自動連接。以這種方式也能有利地使用多個單股束 纖維。按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，當穿入束纖維時，在倒鉤之外沿軸向基本上 對針施加拉力。這樣就不是用針將束纖維推入編織芯體之中，而是利用倒鉤將其拉入。 因此在通孔范圍內(nèi)穿入束纖維時除了針之外不需要將束纖維擠入通孔之中，否則就會導(dǎo) 致通孔意外擴大。最好僅在倒鉤的區(qū)域內(nèi)額外有束纖維處在通孔之中。按照另一種優(yōu)選實施方式，對泡沫材料制成的編織芯體進行編繞。主要在隔熱 與隔音方面，以及在夾芯復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝技術(shù)方面，泡沫材料優(yōu)于廣泛應(yīng)用的蜂窩 結(jié)構(gòu)。按照一種優(yōu)選實施方式，在編繞之前將剛度高于編織芯體的至少一個覆蓋層置 于編織芯體上。該覆蓋層能夠提高夾芯復(fù)合材料的開口補強裝置的外側(cè)強度。按照另一種實施方式，先后多次對編織芯體進行編繞。此外優(yōu)選分別將多個非 波浪形增強纖維層置于編織芯體上。這種方式的好處是改善了按照本發(fā)明所述方式形成 的開口補強裝置的可計算性，因為可以將數(shù)學計算式用于非定向織物。按照另一種實施方式，用針還可以產(chǎn)生通孔。用針作為工具不僅可以產(chǎn)生通 孔，也可將束纖維穿入編織芯體之中。這種方式的好處是僅需使用一種工具來執(zhí)行這兩 個操作，因此可以節(jié)約時間，因為省去了中間更換工具的麻煩。此外這樣還特別有利于 節(jié)約成本，因為在機器上僅需要一種工具以及相應(yīng)的機械和控制系統(tǒng)。按照另一種優(yōu)選實施方式，在快要進行編繞之前或者在編繞過程中將粘合劑涂 覆到編織芯體或纖維條子上，所述粘合劑在編繞過程中還未發(fā)生硬化。通過粘合劑使得 纖維條子與編織芯體和束纖維粘合，這樣可提高編繞導(dǎo)線的強度。此外還能例如當部分 編繞導(dǎo)線因為機械或熱作用而受損時改善編繞導(dǎo)線的耐久性。按照另一種優(yōu)選實施方式，將束纖維穿入通孔之中以后，用可硬化的塑料實施 通孔和/或編織芯體的浸漬。這樣可以改善各個纖維與泡沫材料構(gòu)成的編織芯體之間的 連接。可以將任何一種已知的浸漬方法用于這種操作。按照另一種優(yōu)選實施方式所述，纖維條子和束纖維在一道工藝步驟之中相互進 行化學反應(yīng)從而相互結(jié)合。這涉及到纖維條子與束纖維相互重疊、也就是相互交叉的部 位。使得纖維條子與束纖維在交叉點相互結(jié)合或粘合，可進一步提高編織芯體與纖維構(gòu) 成的復(fù)合材料的強度。特別優(yōu)選機械地通過壓緊力、優(yōu)選通過熱作用或者光照在纖維之間促進結(jié)合。當然也可以使用任何其它方法來促進粘合。纖維條子和束纖維可以具有相 同的粘合劑。纖維條子和束纖維最好具有多組分粘合劑的不同組分，這些組分此后可以 相互反應(yīng)形成粘合。最好加入能夠引起粘合反應(yīng)過程的第三種化學物質(zhì)。按照本發(fā)明的夾芯復(fù)合材料的開口補強裝置包括環(huán)狀編織芯體、編織芯體的編 繞導(dǎo)線以及穿過環(huán)狀編織芯體的至少一個通孔和至少一股布置于通孔之中的束纖維，所 述通孔的橫斷面被至少一股束纖維基本上完全填滿，并且編繞導(dǎo)線也在環(huán)狀編織芯體的 內(nèi)側(cè)區(qū)域中延伸。按照本發(fā)明所述，組合運用兩種技術(shù)改善優(yōu)選由泡沫材料制成的編織芯體的強 度性能，從而形成按照本發(fā)明的夾芯復(fù)合材料的開口補強裝置?？砂凑沾┛p法將編繞與 穿過編織芯體的束纖維進行組合。本發(fā)明所述夾芯復(fù)合材料的開口補強裝置具有特別優(yōu) 異的強度性能，且構(gòu)件的重量很小。按照一種優(yōu)選實施方式所述，至少一股束纖維具有至少一個環(huán)，該環(huán)可實現(xiàn)利 用倒鉤將束纖維穿入編織芯體內(nèi)的通孔之中。


以下將借助于實施例并且參照附圖詳細闡述本發(fā)明。其中，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式所述的按照本發(fā)明的夾芯復(fù)合材料的 開口補強裝置的橫斷面示意圖；圖2示出了本發(fā)明所述方法某一狀態(tài)的橫斷面示意圖，針已經(jīng)穿過編織芯體， 在退針時將束纖維穿入編織芯體之中；圖3示出了編織芯體在編繞的方法步驟中的橫斷面示意圖；圖4示出了具有覆蓋導(dǎo)線的編織芯體的局部橫斷面圖。只要沒有相反說明，附圖中均使用相同的附圖標記來表示相同的或者功能相同 的部件。
具體實施例方式圖1所示為根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式所述的按照本發(fā)明的夾芯復(fù)合材料的 開口補強裝置1的橫斷面示意圖。按照這種優(yōu)選實施方式，編織芯體1用泡沫材料制成 且呈環(huán)狀，被具有纖維條子3的編繞導(dǎo)線5圍繞纖維條子。此外，編織芯體2具有多個 穿過編織芯體2延伸的通孔4(在圖1中以附圖標記4表示)。束纖維13穿入通孔4之 中。編織芯體2具有空出的內(nèi)側(cè)區(qū)域20。首先用泡沫材料形成編織芯體2。就本實施例而言，該芯體在外側(cè)具有基本上 呈矩形形狀的橫斷面，內(nèi)側(cè)區(qū)域20則為倒角的矩形橫斷面形狀。視應(yīng)用情況而定，編織 芯體2可以具有不同的幾何形狀，例如圓形、多角形、沒有內(nèi)側(cè)區(qū)域20的編織芯體。本 優(yōu)選實施例所述的編織芯體具有多個通過穿孔形成的通孔4，但也可以用其它方法制作通 孔，例如鉆孔、水切割、激光加工。然后將束纖維13穿過通孔4。這時可以使用各種不 同的縫制方法。在本優(yōu)選實施方式中，束纖維在編織芯體2的外側(cè)以及在內(nèi)側(cè)區(qū)域20中 延伸。在束纖維13穿入編織芯體2之前或之后，可以給其涂上一種粘合劑15，使得束纖 維能夠在粘合劑15固化之后特別牢靠地與編織芯體2結(jié)合在一起，從而使得按照本發(fā)明的夾芯復(fù)合材料的開口補強裝置特別穩(wěn)定。隨后實施用纖維條子3對編織芯體2進行的 編繞5，為此最好使用圓形編結(jié)機。按照該優(yōu)選實施方式所述，然后給具有束纖維13和 纖維條子3的編織芯體2涂上一種 可硬化的塑料17。這種可硬化的塑料17優(yōu)選滲透到已 經(jīng)穿入了束纖維13的通孔4之中，并且在硬化之后有助于固定本發(fā)明所述的夾芯復(fù)合材 料的開口補強裝置1。圖2所示為本發(fā)明所述方法某一狀態(tài)的橫斷面示意圖，針10已經(jīng)穿過了編織芯 體2。在針10的下方是一股束纖維13。這種實施方式中的針10具有一個倒鉤11。束 纖維13具有一個環(huán)14。在刺穿編織芯體2之后，將束纖維13的環(huán)14鉤入在針10的倒鉤11之中。當 針10退針時將束纖維13穿入編織芯體2內(nèi)的通孔4之中。這種優(yōu)選實施方式中采用鉤 掛方式使得針10與束纖維13連接。同樣也可以在針10和束纖維13之間采用其它結(jié)合 技術(shù)，例如粘附、夾緊等等。圖3所示為編織芯體2在編繞的方法步驟中的橫斷面示意圖，可以看出編織芯體 2上的網(wǎng)狀編繞導(dǎo)線5，如圖所示使用纖維條子3從右向左對編織芯體2進行編繞。圖4所示為具有覆蓋層7的編織芯體的局部橫斷面圖。利用束纖維13將覆蓋層 7與編織芯體2縫制在一起。覆蓋層7構(gòu)成編織芯體2的加強層，本實施例中的編織芯體用泡沫材料制成，因 此具有很小的表面剛度。加強層7最好由固體塑料材料構(gòu)成。盡管已根據(jù)上述優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了闡述，但可以用多種方式來實現(xiàn)本 發(fā)明，而并不僅限于上述示例。按照本發(fā)明將兩種技術(shù)相互組合形成按照本發(fā)明的夾芯復(fù)合材料的開口補強裝 置，以改善優(yōu)選由泡沫材料制成的編織芯體的強度性能，為此可將編繞與穿過編織芯體 中的洞孔的束纖維進行組合。按照本發(fā)明的夾芯復(fù)合材料的開口補強裝置具有特別優(yōu)異 的強度性能，且構(gòu)件的重量很小。采用按照本發(fā)明的方法，在構(gòu)件生產(chǎn)過程中就能設(shè)置開洞，形成非常穩(wěn)定的開 口。原料是按照上述方法使用束纖維進行補強的一種泡沫材料環(huán)。但本方法也可應(yīng)用于 沒有經(jīng)過補強的純泡沫材料部件。內(nèi)部輪廓具有開口的加工余量。將這種封閉的環(huán)放入 圓形編結(jié)機之中，以非連續(xù)方式進行編繞，從而產(chǎn)生封閉的纖維包裹層。在覆上覆蓋層 之前將包裹了纖維的預(yù)制坯放入夾芯結(jié)構(gòu)之中，然后與構(gòu)件一起進行浸漬。此外也可以 制作經(jīng)過預(yù)浸漬的構(gòu)件。為了防止將環(huán)中央灌滿，可以放入一個預(yù)埋件，待完成浸漬之 后將其重新取出。除了可能需要進行修整之外，經(jīng)過浸漬后的開口馬上就能使用。可以 根據(jù)荷載情況調(diào)整纖維方向。還可以加入一些地經(jīng)線。附圖標記列表1夾芯復(fù)合材料的開口補強裝置2編織芯體3纖維條子(編織)4 通孔5編繞導(dǎo)線7覆蓋層
10針11倒鉤13束纖維14環(huán)15粘合劑17可硬化的塑料20編織芯體的內(nèi)部區(qū)域
權(quán)利要求
1.一種利用圓形編結(jié)技術(shù)制造夾芯復(fù)合材料的開口補強裝置的方法，其中，使用纖 維條子(3)對環(huán)形的編織芯體(2)進行編繞，且在編繞之前或之后在編織芯體(2)中形成 通孔(4)，以及利用針(10)將一股或多股束纖維(13)穿入編織芯體(2)內(nèi)的通孔(4)之中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在束纖維(13)穿入時將其至少暫時地 鉤入到針(10)之中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在束纖維(13)穿入時在倒鉤(11) 之外沿軸向?qū)︶?10)基本上施加拉力。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，對泡沫材料制成的編織 芯體(2)進行編繞。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，在進行編繞之前將至少 一個剛度高于編織芯體(2)的覆蓋層(7)置于編織芯體(2)上。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，對編織芯體(2)先后多次 進行編繞。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，用針(10)制作通孔⑷。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，在快要進行編繞之前或 者在編繞過程中，將粘合劑(15)涂覆到編織芯體(2)或纖維條子(3)上，所述粘合劑在 編繞過程中還未硬化。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，在將束纖維(13)穿入到 通孔(4)中以后，用可硬化的塑料(17)浸漬通孔(4)和/或編織芯體(2)。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，纖維條子(3)和束纖維 (13)相互發(fā)生化學反應(yīng)從而相互結(jié)合。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，在浸漬之前遮蓋編織芯 體(2)的內(nèi)側(cè)區(qū)域(20)。
12.—種夾芯復(fù)合材料的開口補強裝置(1)，包括環(huán)形的編織芯體(2)、編織芯體(2) 的編繞導(dǎo)線(5)、至少一個穿過環(huán)形的編織芯體(2)的通孔⑷以及至少一股布置于通孔 (4)中的束纖維(13)，其中，所述通孔(4)具有橫斷面，所述橫截面被至少一股束纖維 (13)基本上填滿，且編繞導(dǎo)線(5)也在環(huán)形的編織芯體(2)的內(nèi)側(cè)區(qū)域(20)中延伸。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的開口補強裝置，其特征在于，至少一股束纖維(13)具有 至少一個環(huán)(14)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的開口補強裝置，其特征在于，纖維條子(3)包括碳 纖維、玻璃纖維、芳綸纖維和/或者凱芙拉纖維。
15.根據(jù)權(quán)利要求12 14中至少一項所述的開口補強裝置，其特征在于，在編織芯 體(2)上布置至少一個剛度高于編織芯體(2)的覆蓋層(7)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12 15中至少一項所述的開口補強裝置，其特征在于，纖維條子 (3)至少部分地由格里隆紗線構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求12 16中至少一項所述的開口補強裝置，其特征在于，纖維條子 (3)和束纖維(13)能夠通過化學反應(yīng)相互粘合。
全文摘要
按照本發(fā)明相互組合運用兩種技術(shù)形成按照本發(fā)明的夾芯復(fù)合材料的開口補強裝置，以改善優(yōu)選由泡沫材料制成的編織芯體的強度性能，為此將編繞與穿過編織芯體中的洞孔的束纖維進行組合。按照本發(fā)明的夾芯復(fù)合材料的開口補強裝置因此具有特別優(yōu)異的強度性能，且構(gòu)件的重量很小。
文檔編號B29C70/08GK102026799SQ200980117802
公開日2011年4月20日 申請日期2009年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者格雷格爾·克里斯蒂安·安德勒斯, 漢斯-約爾根·韋伯 申請人:空中客車運營有限公司